နောက်ဆုံးပေါ် အလွန်မြင့်မားသော extinction ratio electro-optic modulator

နောက်ဆုံးပေါ်အလွန်မြင့်မားသော extinction ratio electro-optic modulator

ချစ်ပ်ပေါ်ရှိ အီလက်ထရို-အော့ပတစ် မော်ဂျူလာများ (ဆီလီကွန်အခြေခံ၊ ထရိုင်ကွီနွိုက်၊ ပါးလွှာသော ဖလင် လီသီယမ် နိုက်အိုဘိတ် စသည်) သည် ကျစ်လစ်သိပ်သည်းမှု၊ မြန်နှုန်းမြင့်မားမှုနှင့် ပါဝါသုံးစွဲမှုနည်းပါးမှုတို့၏ အားသာချက်များ ရှိသော်လည်း အလွန်မြင့်မားသော extinction ratio ဖြင့် dynamic intensity modulation ကို ရရှိရန် ကြီးမားသော စိန်ခေါ်မှုများ ရှိနေဆဲဖြစ်သည်။ မကြာသေးမီက တရုတ်တက္ကသိုလ်တစ်ခုရှိ ပူးတွဲသုတေသနစင်တာမှ သုတေသီများသည် ဆီလီကွန်အောက်ခံများပေါ်တွင် အလွန်မြင့်မားသော extinction ratio electro-optical မော်ဂျူလာများ နယ်ပယ်တွင် အဓိကတိုးတက်မှုတစ်ခု ပြုလုပ်ခဲ့ကြသည်။ မြင့်မားသော order optical filter ဖွဲ့စည်းပုံအပေါ် အခြေခံ၍ ချစ်ပ်ပေါ်ရှိ ဆီလီကွန်သည်အီလက်ထရို-အော့ပတစ် မော်ဂျူလာ68 dB အထိ extinction ratio ဖြင့် ပထမဆုံးအကြိမ်အဖြစ် ထွက်ပေါ်လာပါသည်။ အရွယ်အစားနှင့် ပါဝါသုံးစွဲမှုသည် ရိုးရာထက် အဆနှစ်ဆ သေးငယ်ပါသည်။AOM မော်ဂျူလာနှင့် ကိရိယာ၏ အသုံးချမှုဖြစ်နိုင်ခြေကို ဓာတ်ခွဲခန်း DAS စနစ်တွင် အတည်ပြုပါသည်။

ပုံ ၁ ultra အတွက် စမ်းသပ်ကိရိယာ၏ ပုံကြမ်းပုံမြင့်မားသော extinction ratio electro-optic modulator

ဆီလီကွန်အခြေခံအီလက်ထရို-အော့ပတစ် မော်ဂျူလာcoupled microring filter structure ကိုအခြေခံပြီး classical electrical filter နဲ့ဆင်တူပါတယ်။ electro-optic modulator ဟာ silicon-based microring resonator လေးခုရဲ့ series coupling ကနေတစ်ဆင့် flat bandpass filtering နဲ့ high out-of-band rejection ratio (>60 dB) ကိုရရှိစေပါတယ်။ microring တစ်ခုစီမှာ Pin-type electro-optical phase shifter ရဲ့အကူအညီနဲ့ modulator ရဲ့ transmittance spectrum ကို voltage နည်းတဲ့အခြေအနေ (<1.5 V) မှာ သိသိသာသာပြောင်းလဲနိုင်ပါတယ်။ out of band rejection ratio မြင့်မားခြင်းနဲ့ steep filter roll-down လက္ခဏာပေါင်းစပ်ထားခြင်းကြောင့် resonant wavelength အနီးရှိ input light ရဲ့ intensity ကို contrast မြင့်မားစွာနဲ့ modulate လုပ်နိုင်ပြီး ultra-high extinction ratio light pulses တွေထုတ်လုပ်ဖို့ အလွန်အထောက်အကူပြုပါတယ်။

electro-optic modulator ရဲ့ modulation စွမ်းရည်ကို အတည်ပြုဖို့အတွက် အဖွဲ့ဟာ operating wavelength မှာ DC voltage နဲ့ device ရဲ့ transmittance ကွဲပြားမှုကို ဦးစွာ သရုပ်ပြခဲ့ပါတယ်။ 1 V ပြီးနောက် transmittance ဟာ 60 dB ကျော် သိသိသာသာ ကျဆင်းသွားတာကို မြင်နိုင်ပါတယ်။ ရိုးရာ oscilloscope observation နည်းလမ်းတွေရဲ့ ကန့်သတ်ချက်ကြောင့် သုတေသနအဖွဲ့ဟာ self-heterodyne interference measurement နည်းလမ်းကို အသုံးပြုပြီး spectrometer ရဲ့ dynamic range ကြီးမားတာကို အသုံးပြုပြီး pulse modulation အတွင်း modulator ရဲ့ ultra-high dynamic extinction ratio ကို ဖော်ပြပါတယ်။ စမ်းသပ်မှုရလဒ်တွေအရ modulator ရဲ့ output light pulse မှာ extinction ratio 68 dB အထိ ရှိပြီး resonant wavelength position အတော်များများမှာ extinction ratio 65 dB ထက်ပိုပါတယ်။ အသေးစိတ်တွက်ချက်မှုအပြီးမှာ electrode ကို load လုပ်ထားတဲ့ RF drive voltage က 1 V လောက်ရှိပြီး modulation power consumption က 3.6 mW သာရှိပြီး ရိုးရာ AOM modulator power consumption ထက် နှစ်ဆလောက် သေးငယ်ပါတယ်။

DAS စနစ်တွင် ဆီလီကွန်အခြေခံ electro-optic modulator ကို အသုံးပြုခြင်းကို on-chip modulator ကို packaging လုပ်ခြင်းဖြင့် direct detection DAS စနစ်တွင် အသုံးချနိုင်သည်။ အထွေထွေ local-signal heterodyne interferometry နှင့်မတူဘဲ၊ non-balanced Michelson interferometry ၏ demodulation mode ကို ဤစနစ်တွင် အသုံးပြုထားသောကြောင့် modulator ၏ optical frequency shift effect မလိုအပ်ပါ။ sinusoidal vibration signals များကြောင့်ဖြစ်ပေါ်လာသော phase changes များကို ရိုးရာ IQ demodulation algorithm ကို အသုံးပြု၍ 3 channel ၏ Rayleigh scattered signals များကို demodulation လုပ်ခြင်းဖြင့် အောင်မြင်စွာ ပြန်လည်ရရှိစေသည်။ ရလဒ်များအရ SNR သည် 56 dB ခန့်ရှိကြောင်း ပြသသည်။ signal frequency ±100 Hz အကွာအဝေးရှိ sensor fiber ၏ အရှည်တစ်လျှောက် power spectral density ၏ ဖြန့်ဖြူးမှုကို ထပ်မံလေ့လာသည်။ vibration position နှင့် frequency တွင် ထင်ရှားသော signal အပြင်၊ အခြား spatial locations များတွင် power spectral density responses အချို့ရှိကြောင်း တွေ့ရှိရသည်။ ±10 Hz အကွာအဝေးနှင့် vibration position အပြင်ဘက်ရှိ crosstalk noise ကို fiber ၏ အရှည်တစ်လျှောက် ပျမ်းမျှထားပြီး space ရှိ ပျမ်းမျှ SNR သည် 33 dB ထက် မနည်းပါ။

ပုံ ၂

optical fiber distributed acoustic sensing system ၏ ပုံကြမ်းပုံ။

ခ ဒီမိုဒူလိတ်ပြုလုပ်ထားသော အချက်ပြစွမ်းအား ရောင်စဉ်တန်းသိပ်သည်းဆ။

c, d sensing fiber တစ်လျှောက် power spectral density distribution အနီးရှိ vibration frequencies။

ဤလေ့လာမှုသည် အလွန်မြင့်မားသော extinction ratio (68 dB) ရှိသော ဆီလီကွန်ပေါ်တွင် electro-optical modulator ကို ရရှိခဲ့ကာ DAS စနစ်များတွင် အောင်မြင်စွာ အသုံးချနိုင်ခဲ့သော ပထမဆုံးလေ့လာမှုဖြစ်ပြီး စီးပွားဖြစ် AOM modulator ကို အသုံးပြုခြင်း၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုမှာ အလွန်နီးကပ်ပြီး အရွယ်အစားနှင့် ပါဝါသုံးစွဲမှုမှာ နောက်ပိုင်းထက် အဆနှစ်ဆ သေးငယ်ပြီး ၎င်းသည် နောက်မျိုးဆက် အသေးစား၊ ပါဝါနည်း ဖြန့်ဝေထားသော fiber sensing စနစ်များတွင် အဓိကအခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်လာရန် မျှော်လင့်ရသည်။ ထို့အပြင်၊ CMOS ကြီးမားသော ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်နှင့် ဆီလီကွန်အခြေခံ၏ on-chip ပေါင်းစပ်စွမ်းရည်optoelectronic ကိရိယာများချစ်ပ်ပေါ်တွင် ဖြန့်ဝေထားသော ဖိုက်ဘာ အာရုံခံစနစ်များကို အခြေခံသည့် ကုန်ကျစရိတ်နည်းသော၊ စက်ပစ္စည်းများစွာပါဝင်သော monolithic ပေါင်းစပ်မော်ဂျူးများ၏ မျိုးဆက်သစ် ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို သိသိသာသာ မြှင့်တင်ပေးနိုင်ပါသည်။